Выбираем оптимальный серверный блок питания: критерии и показатели

В этой статье мы подробно рассмотрим основные характеристики и типы серверных блоков питания, чтобы помочь ИТ-специалистам выбрать оптимальное решение для конкретных задач.

Основные характеристики серверных блоков питания

Мощность

Одним из ключевых параметров любого блока питания является его максимальная мощность, измеряемая в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Этот показатель определяет, какое количество энергии способен вырабатывать блок питания для запитки компонентов сервера – процессоров, ОЗУ, жестких дисков и других устройств.

При выборе блока питания важно учитывать суммарное энергопотребление устанавливаемых компонентов с небольшим запасом (около 20-30%) для будущего расширения. Например, если максимальная расчетная мощность конфигурации составляет 400 Вт, оптимальный выбор – блок питания мощностью 500-550 Вт.

Избыточно мощный блок часто неэффективен и не стоит брать модели с 2х и 3х кратным запасом для большей надежности.

Качество, надежность и сертификация

Серверные блоки питания отличаются повышенной надежностью, стабильностью выходных параметров и продолжительным сроком службы. Эти факторы напрямую влияют на бесперебойность работы всего серверного оборудования.

Важные характеристики качества блоков питания:

• Стабильность выходных напряжений (+/- 5% от номинала) даже при резкой изменении нагрузки
• Низкий уровень пульсаций и помех
• Высокий КПД – позволяет снизить объем выделяемого тепла
• Надежное охлаждение компонентов даже на высоких нагрузках
• Качественные компоненты – конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы

Наличие сертификатов 80Plus и ISO подтверждает соответствие блоков питания заданным стандартам качества и надежности.

Форм-факторы серверных блоков питания

Серверные блоки питания выпускаются в различных стандартизованных форм-факторах, совместимых с корпусами серверов и систем хранения данных. Рассмотрим наиболее распространенные варианты.

ATX

Это традиционный формат блоков питания, широко используемый в настольных ПК. В маломощных серверах типа tower часто устанавливают стандартные ATX блоки питания мощностью 400Вт. Они обладают невысокой стоимостью и широкой доступностью. Максимальные показатели-же могут достигать 1500Вт.

Однако такие решения обычно менее надежны ввиду их одиночного исполнения, не предусматривающего дублирования.

1U и 2U

Это специальные узкие блоки питания, предназначенные для монтажа в стоечные корпуса. Высота корпуса сервера составляет 1U (44 мм) или 2U (88 мм).

Блоки питания 1U хоть и отличаются компактными размерами, но их мощность может быть даже 3000 Вт.

OCP (Open Compute Project)

Это относительно новый стандартизированный форм-фактор блоков питания для серверов, разработанный IBM, Intel, AMD, Google и другими ИТ-гигантами. Главные особенности OCP:

• Удаление блоков питания из серверов и перемещение их в отдельный корпус, устанавливаемый в стойку
• Подключение к серверам посредством рельсовых разъемов, без внешних кабелей
• Возможность горячей замены

Такой подход позволяет легко масштабировать ИТ-инфраструктуру за счет стандартизации и унификации. КПД блоков питания OCP может достигать 96%.

Основные типы серверных блоков питания

Рассмотрим детальнее несколько наиболее распространенных вариантов блоков питания для серверов.

Одиночные (Single)

Это простые блоки питания без избыточности, часто используемые в малобюджетных серверных решениях. Они компактны, доступны и обеспечивают средний уровень надежности. Могут быть как формата ATX/SFX, так и 1U и 2U.

При выходе из строя такого блока питания сервер полностью обесточивается, что недопустимо для ответственных задач. Поэтому в мощных серверах и дата-центрах одиночные блоки питания применяют редко.

Отказоустойчивые (1+1, N+1, N+2)

Это решения повышенной надежности, где установлено 2 и более отдельных блока питания с собственными контурами электропитания.

Конфигурация блока питания 1+1 подразумевает наличие двух идентичных блоков, один из которых является резервным. При выходе из строя основного блока происходит мгновенное автоматическое переключение на резервный, что обеспечивает бесперебойную работу сервера. Нагрузочная мощность равна номиналу одного БП.

При конфигурации N+1 устанавливается N активных и один резервный блок питания. Такая избыточная схема хоть и обладает обладает надежностью 1+1, так как даже в случае отказа одного из N активных блоков, оставшиеся продолжают стабильно питать сервер, но применяется где нагрузочная мощность превышает номинал одного БП.

Резервирование N+2 часто реализуется в модулях питания по стандарту OCP, где резервные блоки являются общими на всю серверную стойку. Такая архитектура оптимальна для крупных дата-центров, обеспечивая высочайший уровень надежности.

DC-DC Преобразователи

В таких блоках питания используется топология преобразования постоянного напряжения (DC-DC) вместо традиционной схемы переменный ток (AC) – постоянный ток (DC).

Основные преимущества DC-DC блоков питания:

• Очень высокий КПД до 98%, за счет отсутствия ступени AC-DC преобразования
• Уменьшенные потери и тепловыделение
• Высокая плотность мощности

Такие блоки питания особенно эффективны в крупномасштабных дата-центрах и суперкомпьютерах, использующих централизованное электроснабжение на постоянном токе высокого напряжения для всего центра обработки данных. Применение DC-DC преобразователей позволяет экономить сотни мВт*ч электроэнергии в год.

В розничной продаже DC-DC довольно редки ввиду специфики их применения и представлены как правило проприетарными форматами. То есть имеют совместимость только с определенными линейками оборудования своего бренда.

Выбор и установка серверных блоков питания

При выборе подходящего блока питания очень важно правильно оценить потребности конкретной ИТ-инфраструктуры в плане отказоустойчивости, производительности, энергоэффективности и бюджета. Рассмотрим основные рекомендации.

Оценка потребляемой мощности

Для выбора оптимального блока питания необходимо как можно более точно подсчитать суммарную мощность всех компонентов, устанавливаемых в сервер:

• Процессоры (TDP)
• Модули ОЗУ (кол-во x TDP)
• Видеокарты/акселераторы (GPU)
• Жесткие диски и твердотельные накопители (кол-во x TDP)
• Контроллеры и платы расширений
• Вентиляторы

Не забудьте про запас мощности 20-30% для будущего апгрейда и пиковой нагрузки.

Выбор типа и форм-фактора

Ориентируйтесь на форм-фактор корпуса сервера – ATX Tower, сервер в Rack-стойку 1U/2U/4U. Для миссионно-критичных задач отдавайте предпочтение отказоустойчивым, избыточным блокам питания.

Оценка уровня надежности и бюджет

Блоки питания с резервированием по схеме N+1 обеспечивают максимальную надежность, но стоят дороже обычных моделей. Выбирайте оптимальное соотношение цена/качество, приоритизируя критичные к отказам элементы ИТ-инфраструктуры.

Установка и настройка

При установке серверных блоков питания обеспечьте надежное подключение кабелей, заземление, достаточное охлаждение. Не перегружайте одну силовую линию слишком большим количеством мощных потребителей – распределяйте нагрузку.

Современные решения из ИБП

Для обеспечения бесперебойной работы серверного оборудования наряду с отказоустойчивыми блоками питания широко используются системы гарантированного электропитания – источники бесперебойного питания (ИБП).

ИБП подключается к входу электропитания сервера и обеспечивает защиту от различных неполадок в сети: провалов напряжения, выбросов, перенапряжения и проч. При отключении внешнего питания ИБП автоматически переходит на питание от аккумуляторов, поддерживая электроснабжение подключенного оборудования.

Современные ИБП для защиты серверов обладают целым рядом преимуществ:

• Высокая мощность – десятки и сотни кВА
• Горячая замена аккумуляторов, модульный принцип
• Возможность холодного старта без внешнего питания
• Двойное преобразование напряжения для работы в буферном режиме без времени переключения на батареи
• Защита телекоммуникационного оборудования от высоковольтных импульсов, ЖК дисплеи и веб интерфейс для мониторинга статуса.
• Уведомления по SNMP, оповещение персонала

Корпус ИБП может быть выполнен в виде отдельного шкафа или стойки для размещения в серверной комнате. Оптимальное решение – использовать одновременно и качественные ИБП, и отказоустойчивые блоки питания серверов для максимальной надежности.

Тенденции в разработке серверных БП

Производители активно работают над улучшением технических характеристик и созданием инновационных решений в области серверных блоков питания. Рассмотрим актуальные направления развития.

Повышение плотности мощности для уменьшения габаритов. Ведущие бренды анонсировали опытные образцы, которые могут обеспечить выходную мощность 3,8 кВт и выше в форм-факторе 1U:

• Улучшение энергоэффективности, снижение потерь вплоть до 94-96% по 80Plus Titanium. Разработка технологий для достижения уровня 80Plus Platinum в конфигурациях N+1
• Оптимизация вентиляторов и тепловых режимов для уменьшения шумности
• Внедрение дополнительных схем контроля, защиты и самодиагностики
• Анализ телеметрии
• Интеграция с решениями виртуализированных ЦОД программно-определяемого ЦОД (SDDC) для гибкого распределения мощности

Можно ожидать, что в ближайшие годы надежность и энергоэффективность серверных блоков питания вырастет на новый уровень. А стоимость электроэнергии для ЦОД снизится за счет оптимизации ИТ-инфраструктуры предприятий с применением самых современных решений.

Заключение

Серверные блоки питания играют критически важную роль в стабильной работе любого дата-центра или ИТ-инфраструктуры предприятия. От их надежности и производительности напрямую зависит доступность информационных систем и сервисов для сотрудников и клиентов.

Мы подробно рассмотрели технические характеристики, форм-факторы, основные типы и решения резервирования серверных блоков питания. Также были даны рекомендации по их оптимальному выбору и применению с учетом приоритетов отказоустойчивости, энергоэффективности и бюджета на разных уровнях ИТ-инфраструктуры.